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物理学家通过卡西米尔效应研究量子真空虚光子
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根据量子场论，任何振动物体都会被真空中的虚粒子减速。5月26日的《Physical Review Letters》杂志上，物理学家们提出一种方案，通过一端振动的反射腔探测这种效应，光子在反射腔中反弹，并且被超冷原子放大。这个实验是从技术上说可行的、能够直接观察到虚粒子对运动物体作用的方法。 量子场论认为，真空中充满了虚光子，这种光子以恒定的速度不断产生和湮灭。虚光子的一种可观测效应是两个间隔纳米距离的物体之间的卡西米尔效应。当一个物体快速振动时，会产生这种很弱的动力学卡西米尔效应：在一个理想界面上没有平行电场和垂直磁场，而在它周围则充满了虚光子产生的电磁场。当这个界面前后运动时，电磁场发生规律性变化，也就是产生了光子。界面的振动能释放出来，振动受到阻尼。 美国达特茅斯学院和意大利帕多瓦大学的Roberto Onofrio说，这个效应产生的光子数量非常少，所以唯一能够探测到光子的方法是使用共振腔，把光子聚集到一起放大。Onofrio和同事们通过振动共振腔一端的膜把光子束缚在腔内，就像是鼓一样。研究人员们首先需要找到一种机械设备来放大光子。他们能够找到的氮化铝薄膜能够使光子频率最大放大到3吉赫兹。因为振动过程中产生的都是能量相同的光子对，所以每个光子的频率为1.5吉赫兹，处于微波波段。 虽然光子的数量少、能量低，很难被观察到，但是研究人员们通过原子的超冷态（玻色-爱因斯坦凝聚态）可以放大光子能量。1.5吉赫兹的能量正好是钠原子中两条能级间的能量差。为了放大卡西米尔光子的能量，钠的玻色-爱因斯坦态首先被激光激发到较高能级，然后利用卡西米尔光子轰击它，玻色-爱因斯坦态整体退激发到较低能级，放出大量光子。这个效应称为超辐射，在其它过程中也观察到过，它可以把卡西米尔光子信号放大十亿倍。 Old Dominion大学的Charles Sukenik说：“如果这个实验成功的话，它将证明量子力学真空不仅仅只是一个为了理论方便而构造的概念。” 来源：教育部科技发展中心 发布时间：2006年6月1日 |
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